Mô phỏng hệ số trước hàm mũ, Do trong kim loại Fe vô định hình.

Đặng Thị Uyên và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 83(07): 43 - 47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 http://www.lrc-tnu.edu.vn

MÔ PHỎNG HỆ SỐ TRƯỚC HÀM MŨ, D0

TRONG KIM LOẠI Fe VÔ ĐỊNH HÌNH

Đặng Thị Uyên*

, Đỗ Thị Vân, Vì Huyền Trang, Phạm Hữu Kiên

Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Sự phụ thuộc vào mật độ khối lƣợng của hệ số trƣớc hàm mũ (thừa số khuếch tán), D0 trong kim

loại Fe vô định hình (VĐH) đã đƣợc nghiên cứu bằng phƣơng pháp thống kê hồi phục (TKHP).

Kết quả mô phỏng cho thấy, một lƣợng đáng kể vacancy-simplex (VS) trong kim loại Fe VĐH,

chúng có vai trò khuếch tán giống nhƣ nút khuyết “vacancy” trong tinh thể và thay đổi mạnh theo

mật độ. Cơ chế khuếch tán trong kim loại VĐH đƣợc mô tả nhƣ sau, nguyên tử khuếch tán nhảy

vào VS, VS hiện tại biến mất dẫn đến sự dịch chuyển tập thể của một số nguyên tử lân cận VS. Hệ

số trƣớc hàm mũ, D0 của nguyên tử khuếch tán đƣợc tính theo cơ chế VS cho kết quả phù hợp tốt

với số liệu thực nghiệm.

Từ khóa: Thống kê hồi phục; Vô định hình; Simplex; Vacancy; Hệ số trước hàm mũ, D0

GIỚI THIỆU*

Những nghiên cứu về các kim loại vô định hình

(VĐH) có ý nghĩa rất lớn trong các lĩnh vực khoa

học vật liệu và khoa học ứng dụng,vì các kim

loại VĐH có những tính chất hoá lý đặc biệt và

ƣu việt hơn so với vật liệu tinh thể truyền thống:

độ bền, độ cứng và tính ổn định cao khi có lực

uốn tác dụng tuần hoàn; điện trở lớn, hệ số nhiệt

điện trở thấp; độ dẫn từ cao, lực kháng từ nhỏ;

khả năng chịu ăn mòn cao [1-6]. Kim loại Fe

VĐH thƣờng đƣợc khảo sát trong thực nghiệm

cũng nhƣ trong lĩnh vực mô phỏng [6-10], đặc

biệt là những nghiên cứu về cơ chế tự khuếch

tán, rất nhiều tính chất hoá lý đƣợc giải thích

thông qua cơ chế này. Gần đây, những kết quả

nghiên cứu về các kim loại VĐH không những

cung cấp những hiểu biết về các tính chất hoá

học, tính chất vật lý mà còn có những công trình

khảo sát cho kết quả xác thực đối với hệ số

khuếch tán [1,2,9,10]. Võ Văn Hoàng và các

cộng sự đã nghiên cứu sự phụ thuộc hệ số

khuếch tán vào nhiệt độ bằng cách sử dụng

phƣơng pháp mô phỏng động lực học phân tử

(ĐLHPT) theo cơ chế lỗ hổng. Kết quả thu đƣợc

là tƣơng đối phù hợp với các dự đoán trong các

công trình trƣớc đây [2]. Phạm Khắc Hùng và

các cộng sự đã sử dụng phƣơng pháp TKHP để

nghiên cứu cơ chế khuếch tán trong hợp kim

Fe80B20 VĐH theo cơ chế khuếch tán thông qua

các bong bóng-vacancy [7]. Kết quả nhóm tác

giả này thu đƣợc phù hợp tốt với các số liệu thực

nghiệm. Tuy nhiên, nhƣ chúng tôi đƣợc biết

những nghiên cứu về sự phụ thuộc của thừa số

*

Tel: 01689969574; Email: [email protected]

khuếch tán D0 vào mật độ khối lƣợng của hệ kim

loại VĐH hầu nhƣ rất ít. Trong công trình này

chúng tôi nghiên cứu cơ chế khuếch tán thông qua

vacancy-simplex trong kim loại Fe VĐH. Sự phụ

thuộc của hệ số trƣớc hàm mũ, D0 vào mật độ cũng

sẽ đƣợc thảo luận ở đây.

PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Trong công trình này, chúng tôi đã sử dụng

phƣơng pháp TKHP [1,2,7]. Tính toán đƣợc đƣa

ra đối với 3 mô hình A, B và C chứa 2×105

nguyên tử trong hình lập phƣơng (bảng 1).Ở đây,

chúng tôi đã sử dụng thế tƣơng tác cặp Paka￾Doyama , có dạng:

 

   

4 2

0

cutoff

cutoff

a r b c r d e r r

r

r r

     

 

  



(1)

trong đó r là khoảng cách tƣơng tác nguyên tử,

cutoff r

là bán kính ngắt, các tham số a, b, c, d và e

đƣợc xác định theo các số liệu thực nghiệm về

module đàn hồi (bảng 2). Cấu hình ban đầu của

các mô hình nhận đƣợc bằng cách gieo ngẫu

nhiên tất cả các nguyên tử trong không gian mô

phỏng. Mật độ của mô hình đƣợc chọn là mật độ

thực của kim loại VĐH (bảng 2). Các cấu hình

trên đƣợc chúng tôi “

lắc mạnh” để phá vỡ trạng

thái ban đầu và hồi phục trên 106

bƣớc mô phỏng

để tạo ra các trạng thái cân bằng của hệ, bƣớc mô

phỏng đƣợc chọn bằng 0.01 Å. Tiếp theo, chúng

tôi giảm năng lƣợng của các hệ đến trạng thái hồi

phục tốt hơn bằng cách lắc các mô hình 50 bƣớc

mô phỏng 0.4 Å. Sau đó, chúng tôi tiếp tục hồi

phục hệ với bƣớc mô phỏng 0.01 Å để tạo ra các